ЛЕКЦИЯ №3
ТЕМА: ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИЗИСЫ И РЕВОЛЮЦИИ. ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЛЕМЫ
ПЛАН:
1. Экологические кризисы и революции.
2. Глобальные экологические проблемы.
2.1. Проблема разрушения озонового слоя.
2.2. Проблема “парникового эффекта”.
2.3. Проблема кислотных дождей.
2.4. Проблема сохранения биологического разнообразия.
Предсказание о том, что хозяйственная деятельность человека превращается в геологическую силу способную изменить мир, поставив его на грань экологической катастрофы, подтверждается.
В настоящее время истощаются естественные ресурсы суши и океана, уничтожаются различные виды растений и животных, происходит антропогенное нарушение биохимических циклов веществ, загрязнение и деградация экосистемы. Именно это и определяет исключительную актуальность проблемы глобальной экологии.
Начиная с 80-х годов, стало очевидно, что совокупная антропогенная нагрузка экосистем превысила утилизационную способность природной среды, ведущей к ее неуклонному разрушению. В общеисторическом плане возникла необходимость перехода от концепции покорения природы к природоохранительной цивилизации, обеспечивающей экономический динамизм при сохранении устойчивости природных систем.
Такая цивилизация потребует коренного пересмотра мировых и национальных целей, причем экологические проблемы начинают определять международные политические и экономические взаимоотношения.
1. Экологические кризисы и революции
Экологический кризис - напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных отношений в человеческом обществе ресурсно-экологическим возможностям биосферы. Одна из характеристик экологического кризиса – увеличение влияния измененной людьми природы на общественное развитие. В отличие от катастрофы - кризис обратимое состояние, в котором человек выступает активно действующей стороной.
Древнейшие приспособления, увеличивающие власть их обладателя над окружающей природой, появились уже у высших человекообразных обезьян. Это были камни, палки и, как показали раскопки в Юго-Восточной Африке, охотничьи булавы, сделанные из больших берцовых костей антилоп. Эта "техника", находившаяся в распоряжении у пралюдей, сменивших и вытеснивших человекообразных обезьян ненамного увеличила их силы.
Первой технической революцией, совершенной еще прачеловеком, было овладение огнем. Огонь грел, защищал, и стал могущественным средством химического преобразования природы (приготовление пищи, изготовление орудий, выплавление металла). Уже первая техническая революция столкнула человека с массой проблем (необходимость создания запасов топлива, укрытие от дождя, за огнем надо постоянно следить). Синантропы, жившие в горах к северо-западу от Желтого моря, жили общинами, в которых уже было ясное разделение труда: одни из них охотились, другие собирали топливо и растительную пищу, третьи хранили огонь. Местность на значительном расстоянии вокруг их жилищ была значительно изменена их трудовой деятельностью. Так началась переделка естественного облика отдельных местностей, ландшафтов в результате человеческой деятельности. Но людей было еще очень мало и общее их влияние на живой покров планеты было несущественным.
Положение изменилось, когда на земле появилась древняя форма настоящих людей - неандертальцы. Они умели делать каменные ножи, наконечники копий, а главное огонь в их руках стал могучим орудием племенной охоты. Горели леса и степи, убегали звери и птицы и попадали в засады охотников. Это были первые мощные удары по природным ресурсам. Но массивные низколобые головы древних людей не задумывались над последствиями: была бы сегодня пища, был бы заглушен сегодняшний голод. (Кризис относительного обеднения доступных человеку ресурсов промысла и собирательства).
Конец древнего каменного века - палеолита - отделен от нас всего немногими десятками тысяч лет. Жившие в это время кроманьонцы уверенно добывали любых зверей, на стоянках находят кости сотен мамонтов, тысяч зубров, бизонов, диких лошадей. Главное чего не умели кроманьонцы - это хорошо заботиться о своем будущем. Из года в год, из века в век они добывали больше мамонтов, чем они могли размножаться. И вот количество этих и других крупных животных начало сокращаться, стало не хватать еды и шкур. Так наступил первый антропогенный экологический кризис.
Пришлось искать новые источники существования. Переход от древнего каменного века – палеолита – к новому каменному веку – неолиту – ознаменовался изобретением лука и стрел, капканов, сетей и возникновением животноводства
и земледелия. Жившие первобытнообщинным строем люди постепенно выработали множество способов восстановления тех природных ресурсов, которыми они пользовались. Среди них были и создание древних заповедников, и периодический запрет охоты на отдельные виды, и смена пахотных земель после их истощения, и простейший севооборот - трехполье. Подчеркивается исключительная устойчивость методов хозяйственной деятельности времен неолита, в отдельных случаях они дошли до нашего времени. Секрет в том, что они были рассчитаны на возобновление в природе того, что брали в ней люди.
Рабовладение в смысле природопользования – огромный шаг назад. Рабы не знали, как заботиться о восстановлении плодородия почв и других ресурсов, и не были в этом заинтересованы. Вот почему страны, обогатившие себя на какое-то время рабским трудом, стали терять свое главное богатство - производительные силы земли, а с ними и могущество. Так пали Ассирия, Вавилон, Персия, древнегреческие государства, Рим. На их бывшей территории за прошедшие тысячелетия новых могущественных государств уже не возникало. В огромной мере это определялось истощенностью ресурсов. Например, по данным современных ученых земли Древней Греции потеряли четыре пятых былой производительности. В феодальную эпоху на смену им пришли и стали центрами хозяйственной жизни Франция, Англия, Испания, Германия, Австрия, Венгрия, Польша, Россия - имеющие менее истощенные природные ресурсы.
Численность населения росла, и давление на природу постепенно увеличивалось. Капитализм принес с собой такое катастрофическое разрушение природных богатств, как никогда за всю предшествующую историю. Это и понятно, так как связано с развитием техники.
В середине прошлого века в США была опубликована, а в 1866 г. переведена на русский язык книга Генри Марша "Человек и природа". В ней приведены многочисленные факты варварского уничтожения природных ресурсов. Автор пишет о том, что при таком к ним отношении будущие поколения скоро лишатся средств для существования.
Главной опасностью экологического кризиса является то, что при определенных обстоятельствах он может перерасти в экологическую катастрофу.
Признаком устойчивой экологической системы является стабильность определенных характеристик. Так, например, экологически устойчивая система Земля имеет постоянную массу и постоянную среднюю температуру.
Под экологической катастрофой следует понимать переход системы из одного устойчивого состояния в другое. Например, повышение средней температуры Земли может привести к таянию полярных льдов, опустыниванию почв, вымиранию определенных видов флоры и фауны, может быть, даже к гибели человечества. Экологические катастрофы могут иметь различные уровни – от локальных (гибель леса, осушение моря и т. д) до глобальных (в масштабах Земли, Солнечной системы, Галактики и даже Вселенной).
Человечество в процессе жизнедеятельности, безусловно, влияет на различные экологические системы. Примерами таких, чаще всего опасных, воздействий является осушение болот, вырубание лесов, уничтожение озонового слоя, поворот течения рек, сброс отходов в окружающую среду. Этим самым человек разрушает сложившиеся связи в устойчивой системе, что может привести к ее дестабилизации, то есть к экологической катастрофе.
К экологическим катастрофам могут привести следующие причины, которые в настоящее время являются глобальными экологическими проблемами человечества:
• глобальное потепление, сдвиг климатических зон;
• озоновые дыры;
• частично обратимое загрязнение окружающей среды;
• неуничтожимые радиоактивные отходы;
• эрозия и сокращение площадей плодородных почв;
• истощение невозобновляемых минеральных ресурсов;
• энергетический кризис;
• резкий рост числа ранее неизвестных и зачастую неизлечимых болезней;
• недостаток продуктов питания, перманентное состояние голода большей части населения планеты;
• истощение ресурсов мирового океана и его загрязнение.
Рассмотрим некоторые из них.
2. Глобальные экологические проблемы
2.1. Проблема разрушения озонового слоя
Озоновый слой – слой атмосферы, расположенный на высоте от 7 до 18 км (на экваторе до 50 км), отличающийся повышенной концентрацией молекул озона и защищающий биосферу от ультрафиолетового излучения солнца. Озоновый слой образовался на земле, по современным данным, 570-400 млн. лет назад. В слое озоносферы озон находится в очень разреженном состоянии.
Количество озона в атмосфере определяется балансом реакций его образования и разложения. В среднем в атмосфере земли ежесекундно образуется и исчезает около 100 т озона.
Почему так важно поглощение озоном жесткого ультрафиолетового излучения солнца. Биологические эффекты, вызывающие изменения на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, пока не до конца изучены, однако общеизвестно, что живые организмы на любом уровне организации обладают высокой чувствительностью нуклеиновых кислот, которые могут разрушаться, что приводит к гибели клеток или возникновению мутаций.
Резкое усиление научного и общественного интереса к проблеме озонового слоя началось в начале 70 годов. С этого времени не утихает вопрос, касающийся проблемы зависимости озонового слоя от хозяйственной деятельности человека. С 1985 г мир узнал о существовании глобальных экологических проблем “озоновых дыр”, в частности, что содержание озона над Антарктидой систематически уменьшается.
Ответить на вопрос о причине появления “озоновых дыр” не просто. Но главным виновником ее появления является попадание в верхние слои атмосферы хлорфторуглеродных соединений и других загрязнителей атмосферы, оксидов азота или соединений хлора и др.
Источниками этих веществ – виновников разрушения озонового слоя, в первую очередь, являются все более развивающиеся гражданская авиация и нефтехимическая
промышленность" href="/text/category/himicheskaya_i_neftehimicheskaya_promishlennostmz/" rel="bookmark">химическая промышленность. Применение азотных удобрений в сельском хозяйстве, хлорирование питьевой воды, широкое использование фреонов в холодильных установках, огнетушителях, растворителей и аэрозолей привело к тому, что миллионы тон хлорфторметанов поступают в нижние слои атмосферы в виде бесцветного нейтрального газа. Распространяясь вверх, хлорфторметаны под действием ультрафиолетового излучения разрушаются, выделяя фтор и хлор, которые активно вступают в процесс разрушения озона.
Фреон является главным разрушителем озонового слоя. По данным американских ученых, каждый атом фреона способен уничтожать 100000 молекул озона.
Важной особенностью озона является его способность поглощать жестокое ультрафиолетовое изучение солнца в интервале длины волн 200-300 нм.
Излучение с длиной волны менее 200 нм хорошо поглощается молекулами кислорода, которых, как мы знаем в атмосфере много, поэтому такое излучение не доходит даже до нижних слоев стратосферы. Солнечное излучение с длиной волны от 200 до 320 нм, если бы не озон, приникло бы сквозь тропосферу и могло бы все на земле выжечь. Начиная примерно с длины волны 320 нм, солнечное излучение уже доходит до поверхности земли.
Область спектра с длиной волны 200-400 нм называют биологически активным ультрафиолетом. По данным ученых, в случае истощения озонового слоя человечеству грозит, как минимум, резкий рост заболевания раком кожи, глазными болезнями и др.
Широкое движение “зеленых” во всем мире, принятие Программы ООН по окружающей среде и действия международной метеорологической организации привели к заключению весной 1985 г. Венской конвенции об охране озонового слоя.
В 1992 г. представистран собрались в Копенгагене, где на конференции по озоновому слою, с целью ускорить полное прекращение использования фреонов. Было принято решение к 1996 г. полностью прекратить производство наиболее опасных фреонов. В случае выполнения принятых решений уже с 2000 г. содержание хлора в стратосфере начнет сокращаться, а к 2040 г. две части на миллиард частей воздуха придут к норме.
2.2. Проблема “парникового эффекта”
Парниковый эффект – потепление климата на земле в результате повышения в приземном слое атмосферы содержания пыли, углекислого газа и метана. Смесь пыли и газов действует, как полиэтиленовая пленка над парником: хорошо пропускает солнечный свет, идущий к поверхности почвы, но задерживает рассеиваемое почвой тепло, в результате под пленкой создается теплый микроклимат.
Земля и атмосфера поглощают примерно 67 % солнечного излучения. Около 33% излучения атмосфера и поверхность земли отражают обратно.
В среднем, поверхность земли передает атмосфере количество энергии, равное тому, которое она поглощает.
Земля освобождается от поглощенной энергии, испуская тепловое инфракрасное излучение. В равновесном состоянии, когда температура не меняется, энергия солнечного излучения, падающего на землю, совпадает с энергией теплового излучения земли.
По закону сохранения энергии, в отсутствие атмосферы тепловой поток от земли должен был бы совпадать с потоком солнечной энергии, поглощенной поверхностью земли. Расчеты показывают, что при этом температура поверхности земли составила бы 5°С. Тот факт, что реальная температура земной поверхности на 10°С выше, связан с наличием атмосферы, играющей роль фильтра с односторонним пропусканием солнечной энергии, за счет чего создается, так называемый, “парниковый” эффект.
Углекислый газ является одним из главных виновников “парникового” эффекта, потому что другие известные “парниковые газы” (а их около сорока) определяют лишь примерно половину глобального потепления.
Ежегодно на земле сжигается около 2 млрд. т ископаемого топлива, что означает поступление в атмосферу почти 5,5 млрд т углекислого газа. Еще приблизительно 1.7 млрд. т СО2 поступает туда же за счет выжигания тропических лесов и окисления органического вещества почвы (гумуса).
Значительно усугубляют проблему “парникового эффекта” некоторые другие газы, выбрасываемые человеком в атмосферу: метан, фреоны, оксиды азота и др.
Установлено, что содержание углекислого газа в атмосфере за последний 100 лет увеличилось на 25 %. За этот период глобальная температура увеличилась примерно на 1°С., и она идет к еще большему увеличению.
Предстоящее увеличение средней глобальной температуры воздуха должно неминуемо привести к еще более значительному уменьшению континентальных ледников.
Потепление климата ведет к таянию полярных льдов и повышению уровня Мирового океана.
Оценки, основанные на возможном росте температуры в течение ближайших нескольких десятилетий, показывают, что некоторые регионы с неустойчивым увлажнением станут более сухими, что повлечет за собой деградацию земель и потерю урожая. Влажные области станут в еще большей степени насыщены влагой.
Вслед за предстоящими изменениями климата неизбежно наступят изменения положения природных зон.
Некоторые ученые доказывают, что повышение температуры на определенном этапе приведет к усилению испарения, увеличению облачности, а следовательно, к уменьшению поступления солнечной радиации на поверхности земли. При этом температура приземного слоя воздуха будет понижаться.
Сейчас уже ведутся работы в глобальном масштабе по проблемам “парникового эффекта”. Планируется сокращение выбросов углерода на 20% к 2025 г.
Для этого, прежде всего, необходимы крупные изменения в мировой энергетике:
• развитие атомной энергетики;
• развитие альтернативных видов энергетики (ветровой, солнечной, геотермальной);
• всемирная экономия энергии.
На конференции в Рио-де-Жанейро в 1922 г. принята Конвенция
ООН об изменении климата, основным положением которой являются международная координация и объединение усилий в борьбе с изменениями климата и его неблагоприятными последствиями для планеты.
2.3. Проблема кислотных дождей
Кислотные дожди – атмосферные осадки, содержащие серную и азотную кислоты, которые образуются в результате попадания в атмосферу оксидов серы и азота из труб промышленных предприятий. Кислотные дожди снижают плодородие почв, ухудшают рост деревьев и трав в лесу, уничтожают представителей многих видов фауны.
При изучении кислотных дождей нужно ответить на два основных вопроса: что является причиной кислотных дождей, и как они воздействуют на окружающую среду.
Ежегодно в атмосферу земли выбрасывается около 200 млн. т твердых частиц (пыль, сажа, и др), 200 млн. т сернистого газа, 700 млн. т оксида углерода, 150 млн. т оксидов азота, что может составить более 1 млрд. т вредных веществ.
Остановимся на основных антропогенных источниках образования кислотных дождей: соединениях серы и азота.
Сера содержится в основном в таких полезных ископаемых как уголь, нефть, железные, медные и другие руды. Они используется как топливо, как перерабатывающие материалы химической и металлургической промышленности. При переработке сера переходит в сернистый газ, и основная масса выбрасывается в атмосферу. Соединяясь с парами воды, они образуют серную кислоту. Сульфаты выделяются при сжигании топлива и в ходе промышленных процессов нефтепереработки, производства цемента, серной кислоты.
Природные источники серосодержащих соединений это биогенные выбросы из почвы и продукты жизнедеятельности растений. Вулканические извержения тоже добавляют в атмосферу серосодержащие соединения.
Азот содержится в угле и нефти, основных антропогенных источниках выделения азота в атмосферу.
Природные источники азота – это биогенные вещества и грозовые разряды и молнии. Все они в результате химических реакций в атмосфере образуют с водой азотную кислоту.
Основными компонентами кислотных дождей являются серные и азотные кислоты, хотя определенную часть могут составлять хлороводород и фтороводород.
Кислотные дожди (или кислотные осадки в виде снега, града) наносят значительный экологический и экономический ущерб.
В результате выпадения кислотных осадков нарушается равновесие в экосистемах, ухудшается продуктивность сельскохозяйственных растений и плодородие почв, ржавеют металлические конструкции, разрушаются здания, сооружения, памятники архитектуры и т. п. Сера, адсорбирующая на листьях, проникает внутрь и принимает участие в окислительных процессах. Это влечет за собой генетические и видовые изменения растений.
Кислотные дожди очень существенно влияют на растения. В первую очередь погибают некоторые лишайники, поэтому их считают “индикаторами” чистого воздуха. Самыми чувствительными растениями – также являются ель, листвиница, пихта, бук, граб.
С повышением кислотности почвы и образованием растворимых форм токсичных металлов активность почвенных микроорганизмов резко снижается, что отражается на структуре почвы.
В процессе эволюции живые организмы выработали приспособления к нормальному существованию в определенном интервале рН. Любое изменение рН влечет за собой глубокие биохимические перестройки водных и других экосистем, причиной которых могут быть выпадение кислотных осадков, что вызывает гибель многих животных, растений и микромира.
Кислотные осадки медленно, но верно растворяют сооружения из мрамора и известняка. Исторические памятники мировой цивилизации, простояв тысячелетия, разрушаются прямо на глазах. Существует опасность полной утраты некоторых памятников мировой культуры.
На сегодняшний день проблема охраны атмосферного воздуха от загрязнений становится одной из глобальных вопросов предстоящего 21 века.
2.4. Проблема сохранения биологического разнообразия
Биологическое разнообразие может быть разделено на три категории: генетическое разнообразие, разнообразие видов и разнообразие экосистем. Генетическое - это разнообразие видов внутри одного вида. Видовое разнообразие видов - внутри одного региона. Разнообразие экосистем – разнообразие мест обитания, биотических сообществ и экологических процессов в биосфере.
Все три уровня разнообразия составляют единую систему. Снижение генетического разнообразия вида, может привести к гибели вида, а значит, уменьшится биологическое разнообразие данного региона. Биоразнообразие напрямую связано с устойчивостью экосистемы и биосферы в целом к изменениям экологических факторов, и в первую очередь, антропогенных. Снижение биоразнообразия приводит к разрушению сложившихся экологических связей и деградации природных сообществ, к нарушению их гомеостаза, в конечном счете, – к их уничтожению.
Поддержание биоразнообразия необходимо по многим причинам, не говоря уже о том, что каждый вид и каждая экосистема имеют право на существование. Жизнедеятельность многих видов зависит от жизнедеятельности других видов: уничтожение одного вида может привести к исчезновению других. Человек, как биологический вид, зависит от других видов из-за потребности в еде, лекарствах, промышленных продуктах, а также в таких “экологических услугах”, как, например, самоочищение водоемов. И, наконец, каждый вид и каждая экосистема вносит определенный вклад в красоту и богатство окружающего нас мира.
На земле имеется около 10 млн видов живых организмов. Даны же названия только 1,4 млн. видов.
Так, тропический пояс нашей планеты характеризуется наибольшим видовым разнообразием. Степень уничтожения лесов, а значит, и утрата мест обитания, наиболее высока в тех районах. Ежегодно уничтожаются около 17 млн. га тропических лесов (территория Болгарии). Такие темпы уничтожения тропических лесов обрекают до 8 % видов на вымирание, которые обитают в этих лесах. Леса умеренного климата тоже претерпевают аналогичную картину. На сегодняшний день осталось только 44% лесов умеренного климата, в основном в Сибири и на Тихоокеанском побережье Северной Америки.
Разрушение мест обитания – не единственная причина снижения биоразнообразия. Большое значение имеют такие явления и понятия как фрагментация и интродукция.
Пример фрагментации, для выживания журавлей одно большое озеро имеет значительно большое значение, чем несколько меньших, хотя и равных по суммарной площади. Или некоторым хищникам (волки) для охоты нужны обширные территории.
Важную роль в этом процессе может играть интродукция - перенос видов организмов за пределы их естественных ареалов и внедрение в местные природные комплексы. Наиболее известные примеры печальных последствий интродукции – появление колорадского жука в Европе и кролика в Австрии.
Основные причины утраты биологического разнообразия:
• возрастающая численность населения;
• возрастающие потребления ресурсов;
• пренебрежительное отношение к биологическим видам и экосистемам;
• плохо продуманная государственная политика в области использования природных ресурсов;
• негативное влияние международной торговли;
• несправедливое распределение ресурсов;
• непонимание или игнорирование значения биологического разнообразия;
Ухудшение экологической обстановки во многих регионах земного шара требует все более энергичных усилий для защиты жизни на планете.
Человек – естественный компонент биосферы, он возник в результате ее эволюции, и на него, как и на все остальные виды, распространяется законы биосферы.
Контрольные вопросы и задания
1. Дайте определение понятия «экологический кризис», «экологическая ситуация», «экологическая катастрофа». Приведите примеры.
2. Что такое «экологические проблемы»? Приведите примеры.
3. Назовите экологические проблемы, вызванные антропогенным воздействием, в регионах с очень острой экологической ситуацией.
4. Перечислите известные вам глобальные экологические проблемы.
5. Каково происхождение «кислотных дождей» и в чем проявляется их губительное воздействие на природу и живые организмы, включая человека?
6. Что такое «озоновые дыры» и какую угрозу они представляют для людей?
7. В чем заключается глобальная опасность усиления парникового эффекта в атмосфере и как можно противостоять данной угрозе для человечества?
8. Чем опасно сокращение биоразнообразия на Земле?
